2.6.2. Блокирование, перекрестные искажения и интермодуляция

Воздействие интенсивной помехи, значительно превышающей по уровню полезный сигнал, возможно помимо основного и побочных каналов приема. Влияние помехи проявляется в виде эффек­тов блокирования, перекрестной модуляции или одновремен­ного возникновения указанных эффектов.

Блокированием называется изменение уровня сигнала или от­ношения сигнал-шум на выходе радиоприемника при действии ра­диопомехи, частота которой не совпадает с частотами основного и побочных каналов приема радиоприемника. Это явление про­является в уменьшении усиления приемника в присутствии интен­сивной помехи.

Перекрестным искажением называется изменение структуры спектра сигнала на выходе радиоприемника при одновременном действии сигнала и модулированной радиопомехи, частота которой не совпадает с частотами основного и побочных каналов при­ема. Перекрестные искажения приводят к модуляции принятого сигнала частотами модуляции помехи.

Явления блокирования и перекрестных искажений имеют об­щую природу, обусловленную нелинейными свойствами активных элементов. Как уже отмечалось, частотная избирательность вход­ных цепей и каскадов УВЧ значительно меньше избирательности приемника в целом. Поэтому на активные приборы, предшеству­ющие УПЧ, действуют помехи в широкой полосе частот.

Если суммарное напряжение сигнала и помех на активных элементах усилителей соответствует линейному участку их рабочих характери­стик (менее 0,2 ... 0,6 В для электровакуумных приборов; 0,03 ... 0,06 В для полевых и 5... 6 мВ для биполярных высокочастот­ных транзисторов), происходит независимое усиление сигнала и помех, причем, поскольку частоты сигнала и помехи различны; помехи будут отфильтровываться в тракте УПЧ и на оконечное устройство приемника не поступят. В смесителе с квадратичной характеристикой также происходит независимое преобразование частот сигнала и помехи.

При наличии интенсивной помехи суммарный уровень сигнала и помехи уже не соответствует линейному участку характернстики усилителя или квадратичному участку характеристики смесителя. Линейность передаточной функции этих устройств нарушается, и сигнал на выходе смесителя или усилителя при совместном действии сигнала и помехи не равен сумме выходных сигналов соответствующих действию помехи и сигнала по отдельности. В отсутствие сигнала прием помехи не происходит, так как частота помехи после преобразования не попадает в полосу пропускания УПЧ. Однако наличие интенсивной помехи изменяет условия

прохождения полезного сигнала в тракте УРЧ, смесителя и, быгь может, в первых каскадах УПЧ и проявляется в виде эффектов блокирования и перекрестных искажений. Количественно эти явления характеризуются коэффициентами блокирования и перекрестных искажений.

Коэффициент блокирования — отношение разности уровней сигнала на выходе радиоприемника при отсутствии и при наличии радиопомехи на его входе к уровню этого сигнала при отсутствии радиопомехи:

Кбл=| Uвых(Uс) - Uвых(Uс+Uп)|/Uвых(Uс),

где Uс и Uп — соответственно входные напряжения сигнала и помехи.

Коэффициент перекрестных искажений — отношение уровня спектральных составляющих сигнала, возникших в результате перекрестиых искажений в приемнике, к уровню сигнала на выходе радиоприемника при заданных параметрах радиопомехи и сигнала:

Кпи=[Úвых(Uc+Uп)-Úвых(Uc)]/ Uвых(Uс),

где Úвых(Uc+Uп) и Úвых(Uc) — напряжения некоторой спекральной составляющей выходного сигнала при наличии и при отсутствии помехи; Uвых(Uс) — напряжение выходного сигнала при отсутствии помехи. (Для исключения неоднозначности Кпи обычно определяется при немодулированном сигнале и помехе, модулированной гармоническим колебанием). Эффекты блокирования и перекрестных искажений проявляются тем сильнее, чем выше амплитуды помех и степень нелинейностисти амплитудных и фазовых характеристик активных элементов.

С последними особенно приходится считаться в устройствах СВЧ. Кроме нелинейности электровакуумных и твердотельных приборов, причиной рассмотренных эффектов могут быть некото­рые свойства приборов СВЧ с распределенными параметрами, в частностн амплитудно-фазовая конверсия—зависимость фазовых характеристик от амплитуды сигнала на входе.

При пометах высокой интенсивности возможны и более «гру­бые» механизмы, приводящие к эффектам типа блокирования и перекрестной модуляции. Так, интенсивная помеха может смес­тить рабочую точку и, следовательно, привести к уменьшению уси­ления. Под действием помехи изменяется комплексное входное сопротивление активного элемента, в результате чего уменьшает­ся коэффициент передачи из-за рассогласования и появляется перекрестная амплитудная и фазовая модуляция. Наконец, под действием помехи изменяется значение емкости, главным образом диодов и транзисторов, а также специальных настроечных эле­ментов — варикапов и варакторов. Вследствие этого изменяются частоты настройки контуров, что снижает усиление приемника и вызывает преобразование амплитудной модуляции помехи в уг­ловую.

Последействие помехи. В силу инерционности цепей питания, смещения, АРУ, эффекта насыщения и т. д. действие помехи не прекращается сразу после ее окончания. Сказанное относится как к нелинейным бло­кирующим эффектам, так и к воздействию мощной помехи в ос­новном или побочном канале, когда помеха вызывает срабатыва­ние системы АРУ или насыщает некоторые усилительные каскады. Это особенно существенно при воздействии прерывистой или им­пульсной помехи, после окончания которой может иметь место временное снижение коэффициента усиления радиоприемника. Продолжительность этого процесса определяет время последейст­вия помехи — интервал времени после воздействия импульсной ра­диопомехи, в течение которого усиление радиоприемника меньше номинального на заданное значение.

Интермодуляция — возникновение помех на выходе приемни­ка при действии на его входе двух и более радиопомех, частоты которых не совпадают с частотами основного и побочного кана­лов приема радиоприемника. Интермодуляция — одна из наибо­лее важных причин несовместимости радиоэлектронной аппарату­ры. Так, в системах связи метрового диапазона на долю интермодуляции приходится до 70% случаев нарушения ЭМС непреднамеренными помехами. Интермодуляция обусловлена нелинейными эффектами преобразования колебаний двух или более помех в смесителе или в каскадах, предшествующих смесителю.

В цепях до смесителя интермодуляция возникает при воздействии интенсивных радиопомех, амплитуды которых соответствуют нелинейному участку характеристики активного элемента. На нелинейном элементе происходит преобразование частот двух или более помех и полезного сигнала. В результате образуются коле­бания биений с частотами вида

|m1fс+m2fп1+m3fп2+…|.

Их число и интенсивность зависят от степени нелинейности и амплитуд входных колебаний так же, как и при образовании комбинацион­ных каналов приема. Поскольку нелинейный режим усилительных элементов практически возможен только при интенсивной поме­хе, наибольшее значение имеют биения частот помех fб = |∑ mi fпi|. Если частоты некоторых из преобразованных колебаний попада­ют в полосу пропускания приемника, будет происходить прием этого колебания. Наибольшее значение имеют такие пары интер­модуляционных частот, значения которых ближе к частоте на­стройки приемника. Поэтому наиболее опасными считаются поме­хи нечетных порядков, главным образом 3-го |2fп1-fп2|, однако при интенсивной помехе не исключено образование помех и более высокого порядка, например 5-го: |3fп1-2fп2| и 7-го: |4fп1-3fп2|. Иногда таким же образом происходит интермодуляция в первых каскадах УПЧ.

В смесителе имеют место аналогичные явления: помехи, не полностью отфильтрованные предшествующими каскадами, дей­ствуют в смесителе, образуя биения частот сигнала, гетеродина и двух или более помех на частотах

fб=|m1fс+m2fг+∑mifпi|.

Если хотя бы одна из частот биений попадает в полосу пропуска­ния УПЧ, она не может быть отфильтрована последующими це­пями и действует в приемнике как аддитивная помеха. Если амплитуды помех на входе смесителя значительны, преобладают их биения между собой: fб=|∑mifпi|. или биения частот помех и ге­теродина: fб=| m2fг+∑mifпi|. Таким образом, явление интермодуляции происходит, если выполнено одно из следующих условий:

|m2fc+∑ mifпi| € [fпч-Δfпч/2, fпч+Δfпч/2],

|m2fг+∑ mifпi| € [fпч-Δfпч/2, fпч+Δfпч/2],

где m2, mi,…= 0, ±1, ±2,…а интенсивность преобразованной составляющей превышает уровень собственных шумов приемника.

Количественной мерой является коэффициент интемодуляции – отношение уровня радиопомехи, возникающей в результате интермодуляции в приемнике, к уровню сигнала, соответствующего чувствительности радиоприемника, определенных на выходе радиоприемника:

при Uc=Uпор, где Uвых(Uc+∑Uпi) и Uвых(Uc)- выходные напряжения при наличии и отсутствии помех; Uпор- входное напряжение, соответствующее чувствительности приемника.

Перекрестные искажения, блокирование и интермодуляция присущи любым типам радиоприемных устройств: супергетеро­динным, прямого усиления, с параметрическими усилителями и т. д. Они проявляются в тем меньшей степени, чем выше час­тотная избирательность входных цепей радиоприемника и пассив­ных цепей его первых каскадов и чем ближе характеристики усилительных элементов к линейным, а смесительных – к квадратичым во всем диапазоне возможного изменения амплитуд сигна­лов и помех. Как показывает анализ, интенсивность помех, обус­ловленных интермодуляцией и блокированием или перекрестными искажениями, пропорциональна U³п и U²п соответственно, где Uп - амплитуда помехи. Этим объясняется то, что приемник обычно более восприимчив к интермодуляционным помехам, чем к помехам, вызывающим перекрестные искажения и блокирова­ние.