2. Характеристики рэс вне основных полос частот излучения и приема радиосигналов

2.1. Общие положения

Любое РЭС характеризуется совокупностью параметров, определяющих качество его функционирования в заданных условиях. Эти параметры целесообразно разделить на две группы. Отнесем к первой из них те, которые отражают основные функции, выполняемые данным средством. Эти параметры принято называть функциональными. Примером функциональных параметров служат:

для РЛС:

• вероятность обнаружения цели на заданной даль­ности при заданной вероятности ложной тревоги и за заданное время;

для передатчика, входящего в состав РЛС:

• мощность основного излучения;

• несущие частоты и диапазон частот излучения;

• длительность импульсов и период их следования.

Вторую группу составляют параметры, влияющие на ЭМС, определяющие способность данного средства функционировать совместно с другими РЭС.

К ним, например, отно­сятся значения мощности нежелательных видов излучений передат­чика, численные показатели, характеризующие подверженность ра­диоприемников действию внешних НЭМП и т.д.

При разработке РЭС необходимо задавать как требования по функциональным параметрам, так и по параметрам ЭМС.

2.2. Функциональные параметры и параметры эмс радиопередающих устройств

По своему функциональному назначению радиопередающие устройства формируют радиочастотные сигналы, модулированные в соответствии с передаваемой информацией в определенной полосе частот. Требования к ширине этой полосы определя­ются видом передаваемой информации, скоростью и качеством передачи. Минимальная полоса частот Вн для данного класса сообщений, обеспечива­ющая передачу сигналов с требуемыми скоростью и качеством называется необходимой полосой радиочастот.

Излучения в пределах необходимой полосы частот называют основными, а вне необходимой полосы – нежелательными (не основными). Последние присущи любым реальным радиопередающим устройствам и могут быть ослаблены без ущерба для качества передаваемой информации. Они делятся на побочные, внеполосные и шумовые.

Побочные излучения.

К побочным относят нежелательные излучения, возникающие в резуль­тате любых нелинейных процессов в передатчике, за исключением процесса модуляции сигнала рис.2.1(б,в).

Различают излучения на гармониках, субгармониках, паразитные, комбинационные и интермодуляционные. Перечисленные виды излучений вы­зываются нелинейными процессами, существующими в самом передатчике, а также фидере и антенне. В образовании интермодуляционных излучений, кроме того, принимают участие внешние электромагнитные поля, воздейс­твующие на рассматриваемый передатчик.

Независимо от природы побочные излучения характеризуются значени­ями частот, спектральной плотностью мощности, а также, с учетом свойс­тв антенн - направленностью и поляризацией.

Радиоизлучения на гармониках - побочные излучения на частотах в целое число раз больших частот основного излучения:

fгарм=mf₀, m=2,3,...,n

Радиоизлучения на гармониках принципиально присущи любым РПД и обус­ловлены нелинейностью амплитудных и фазовых характеристик активных элементов. Конечным результатом этих нелинейных свойств является то, что выходное немодулированное колебание u(t) имеет форму, отличающуюся от гармонической. И представляет собой сумму колебаний основной частоты f₀ и ее гармоник:

Рис. 2.1. Типичные спектры радиопередатчиков:

а – основное излучение и излучение на гармониках;

б – излучение задающего генератора, основное излучение и излучение на гармониках;

в – основное излучение, побочное излучение на гармониках и на частотах, не являющихся гармониками основной частоты;

г – широкополосное шумовое излучение.

∞

u (t)=u₀+u₁ cos(2πf₀+φ₁)+ Σ u_m cos(2πmf₀+φ_m) (2.1)

m=2

Радиоизлучения на гармониках - побочные излучения на частотах в целое число раз больших частот основного излучения:

fгарм=mf₀, m=2,3,...,n

Радиоизлучения на гармониках принципиально присущи любым РПД и обус­ловлены нелинейностью амплитудных и фазовых характеристик активных элементов. Конечным результатом этих нелинейных свойств является то, что выходное немодулированное колебание u(t) имеет форму, отличающуюся от гармонической. И представляет собой сумму колебаний основной частоты f0 и ее гармоник:

∞

u (t)=u₀+u₁ cos(2πf₀+φ₁)+ Σ u_m cos(2πmf₀+φ_m) (2.2)

m=2

где u_m - коэффициенты разложения u(t) в ряд Фурье.

Уровень гармонических составляющих зависит от схемы радиопередаю­щего устройства, параметров активных выходных приборов (магнетронов, ЛБВ и т.д.), наличия дополнительных устройств частотной фильтрации и других параметров.

Независимо от конкретных причин образования гармоник их амплитуды связаны со степенью нелинейности и, как правило, убывают с ростом но­мера гармоники. Но последнее не обязательно. В случае, если в выходном тракте, включая фидерные линии и антенну, образуются резонансные кон­туры на частоте, близкой к частоте одной из гармоник, то уровень ее может существенно возрасти.

Уровень излучений на гармониках относительно основной частоты составляет порядка -10...-110 дБ в зависимости от номера гармоники. Характерно, что уровень излучений однотипных РПД на одних и тех же гармониках может существенно различаться. Например, для РПД на магнет­ронах, используемых в РЛС, уровень 2-й гармоники относительно основно­го излучения лежит в диапазоне 57...103 дБ (т.е. разница почти 50 дБ).

Излучение на субгармониках - побочное излучение на частотах в це­лое число раз меньших частоты основного излучения:

Fсуб.г. = f₀/m, где m=2,3,...

характерны для радиопередатчиков, использующих умножение частоты. Умножители частоты используются в широких диапазонах частот, преобра­зуя частоты стабилизированных генераторов частот в необходимые. Хотя в состав умножителей частоты входят частотные фильтры, гармоники и суб­гармоники выделяемой частоты подавляются не полностью и присутствуют в спектре выходного колебания. Уровень излучений на субгармониках сопос­тавим с уровнем излучений на гармониках.

Паразитное излучение - побочное излучение, возникающее в резуль­тате самовозбуждения радиопередатчика из-за паразитных связей в его генераторных или усилительных каскадах. Частоты паразитного излучения не кратны частоте основного излучения. Могут быть на частотах как выше, так и ниже основной частоты и отличаются от нее, как правило, на порядок и более. Мощность и значение частоты паразитных излучений трудно предска­зуемы и могут иметь значительный разброс.

Комбинационное излучение - побочное радиоизлучение, возникающее при воздействии на нелинейные элементы радиопередатчика колебаний на частотах несущей или формирующих несущую частоту, а также гармоник этих колебаний. Имеют место в радиопередатчиках, имеющих в своем составе синтезатор частот, для образования необходимой сетки рабочих частот. Сетка рабо­чих частот создается путем нелинейных преобразований частот, создавае­мых входящим в состав синтезатора датчиком опорных частот. В результате смешения частот от датчика опорных частот на нелинейном элементе появ­ляются комбинационные составляющие с частотами:

fкомб=|±m₁f₁±m₂f₂±m₃f₃...|, m₁,m₂,...=1,2,3,... .

Выходной фильтр синтезатора выделяет необходимую частоту, но из-за несовершенства фильтра происходит лишь частичное подавление ком­бинационных составляющих. Не подавленные комбинационные составляющие после усиления присутствуют в спектре выходного колебания.

Уровни комбинационных излучений имеют наибольшее значение в поло­се частот, соответствующей полосе пропускания оконечного усилителя, и довольно быстро убывают за ее пределами. В указанной полосе частот амплитуды комбинационных составляющих зависят в основном от схемы син­тезатора. Наибольший уровень комбинационных составляющих, допускаемый для синтезаторов, выпускаемых отечественной промышленностью, составля­ет -50 дБ относительно уровня основного излучения. Наиболее совершен­ные синтезаторы, использующие активные фильтры в виде каскадов, охва­ченных частотной и фазовой подстройкой частоты, имеют уровень комбина­ционных излучений порядка -80...-120 дБ.

Интермодуляционное излучение - побочное излучение, возникающее в результате воздействия на нелинейные элементы радиопередатчика колеба­ний от другого радиопередатчика. Такие излучения возникают в том слу­чае, если между одновременно работающими передатчиками существует сильная связь. Такая ситуация возникает либо при близко расположении радиопередатчиков с раздельными антеннами, но расположенными близко друг от друга, либо при работе двух и более передатчиков на одну ан­тенну. Нелинейными элементами в этом случае являются выходные каскады передатчиков. При наличии нелинейности любой природы, например, вы­ходного активного прибора ли элементов фидера, происходит взаимодейс­твие генерируемого колебания с частотой f₀ и внешнего (от другого пе­редатчика) колебания fп. в результате появляются дополнительные сос­тавляющие, которые называют интермодуляционными, частоты которых опре­деляются соотношениями:

fинт=|m₁fо±m₂fп|, m₁,m₂=1,2,... .

Число и амплитуды интермодуляционных составляющих зависит от сте­пени нелинейности: чем сильнее выражены нелинейные свойства элементов передатчика тем боль­ше образуется интермодуляционных составляющих и тем больше их амплитуды. Интенсивность интермодуляционных составляющих так же зависит от числа |m1+m2|, убывая с его ростом. Особенно значительный уровень интермоду­ляционной помехи возникает в случае близости частот fо и fп и при m₁=m₂=1.

Кроме того, мощность интермодуляционного излучения зависит от мощности мешающего передатчика и величины связи между выходными каска­дами передатчиков - с увеличением мощности мешающего передатчика и связи между выходными каскадами растет мощность интермодуляционных из­лучений. В особенно сложных ситуациях уровень интермодуляционных излу­чений может достигать до -10 дБ относительно основного. Требования к допустимым уровням интермодуляционных излучений должны быть не ниже, чем требования к уровням излучений на гармониках.