Эффекты блокирования и перекрестной модуляции. Методические указания

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ

Кафедра космічних систем та комплексів и супутникової телекомунікації

Методична розробка

для проведення практичного заняття по дисципліні

«Методи оптимального використання радіочастотного спектру»

Для студентів денної форми навчання спеціальності РТДМ

Заняття 11. Характеристики радиоприемных устройств, влияющие на использование РЧС при многосигнальном воздействии

Київ 2015

Навчальна мета:

· навчити:

Характеристики і параметри радіоприймачів при многосігнальном впливі

Час: 2 години.

1. Литература:

1. Слободянюк П.В., Благодарный В.Г., Ступак В.С. Справочник по радиомониторингу. Нежин: ООО «Издательство «Аспект-Полиграф», 2008.-558С

2. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебн. пособие / Под ред. д.т.н., проф. М.А. Быховского. — М.: Эко-Трендз, 2006. — 376 с

3. Нарытник Т.Н. Основы управления использованием радиочастотного ресурса: Учебное пособие. – К.: Основа, 2008

Подготовка к занятию

Изучить указанную литературу.

Задание

1. Изучить причины возникновения побочных каналов приема
2. Понять влияние побочных каналов приема на эффективность использования радиочастотного спектра

Содержание отчета

1. Ответы на вопросы самоконтроля

2. Решения задач

Методические указания.

Характеристики и параметры радиоприемников при многосигнальном воздействии

В реальных условиях эксплуатации радиоприемных устройств на них могут воздействовать одновременно с полезным достаточно сильные мешающие радиоизлучения, влияние которых проявляется в виде нелинейных эффектов блокирования, перекрестных и интермодуляционных искажений полезного сигнала, его вторичной модуляции. Частоты мешающих сигналов при этом могут иметь различные значения, не совпадающие с частотами основного и побочных каналов приема. Образующиеся каналы приема помех называются внеполосными. Помехи, вызывающие эффекты блокирования и перекрестной модуляции, проявляют себя только в присутствии полезного сигнала, что отличает их от помех по побочным каналам.

Многосигнальная частотная избирательность характеризует способность приемника выделять полезный радиосигнал на фоне собственных шумов и мешающих радиосигналов, действующих на его входе. Она определяется отношением уровней одновременно поступающих на вход приемника сигналов на одной или нескольких заданных частотах и на частоте настройки приемника при заданном отношении на его выходе суммарной мощности составляющих помехи к мощности полезного сигнала. При измерении многосигнальной избирательности для учета нелинейных эффектов блокирования, перекрестных искажений, а также приема интенсивной помехи по побочным каналам на вход приемника подают два колебания, одно из которых соответствует полезному сигналу, а другой — помехе. Для оценки интермодуляционных искажений используют три сигнала: полезный и два мешающих.

Влияние мешающих сигналов на характеристику частотной избирательности приемника показано на рис. 1

Рис. 1 Односигнальная (1) и многосигнальные (2, 3) характеристики частотной избирательности приемника

· кривая 1 — характеристика односигнальной избирательности приемника при отсутствии или пренебрежимо малом уровне помехи (Р п1),

· кривые 2 и 3 — многосигнальные характеристики избирательности, полученные при действии интенсивных помех с уровнями Р п3 > Р п2 > Р п1.

Из рисунка следует, что увеличение мощности помех приводит к ухудшению избирательных свойств приемника — расширению его полосы пропускания и увеличению коэффициента прямоугольности частотной характеристики. Это обстоятельство находит свое отражение в нормах на избирательность радиоприемников.

Например, для бытовых АМ приемников высшего класса качества односигнальная избирательность по соседнему каналу при расстройке на 9 кГц должна быть не менее 56 дБ, а двухсигнальная при отношении сигнал/(шум+ помеха) на выходе, равном 20 дБ, — не менее 44 дБ. Для этой же группы приемников односигнальная избирательность по зеркальному каналу в диапазоне ДВ- не менее 70 дБ, а двухсигнальная — не менее 50 дБ.

Эффект блокирования проявляется в уменьшении амплитуды полезного сигнала и соответствующего уменьшения отношения сигнал/шум на выходе приемника в результате действия на его входе мешающего сигнала с частотой, не совпадающей с частотой основного и побочных каналов приема. Блокирование возникает в первых каскадах приемника (УВЧ и смесителе) из-за нелинейности вольт-амперной характериcтики используемых активных элементов (диодов, транзисторов и др).

В составе выходного тока нелинейного элемента имеются колебания с частотами f c, f п, 3 f с, 3 f п, 2 f с+ f п, 2 f п+ f с. На выход приемника проходит только колебание с частотой сигнала f c, так как все другие составляющие подавляются в процессе фильтрации в УВЧ и УПЧ.

Амплитудная характеристика нелинейного элемента, характеризующая зависимость амплитуды первой гармоники частоты сигнала от действующих на входе напряжений сигнала и помехи представлена на рис. 2.

Рис. 2. Влияние эффекта блокирования:

а) на амплитудную характеристику; б) на амплитуду сигнала

Средняя крутизна вольт-амперной характеристики активного элемента (диода, транзистора и др.) зависит от амплитудных значений напряжения сигнала (Е с) и помехи (Е п). При сильной помехе (Е п>> Е с) амплитуда первой гармоники тока сигнала может быть представлена в виде:

(1)

где средняя крутизна зависит только от мощности помехи

b_cp = b_о(1+ b ′′E²_п/4b_о). (2)

Отношение b ′′/ b — параметр, характеризующий нелинейность используемого активного элемента, которая является причиной появления эффекта блокирования полезного сигнала активного элемента, которая является причиной появления эффекта блокирования полезного сигнала.

Из (1), (2) следует, что при b ′′ = 0 амплитудная характеристика линейна (1 на рис. 2 а), ее крутизна максимальна (b _cp = b _o) и амплитуда первой гармоники тока, равная I 1 = b о Е с, не зависит от действия помехи (рис. 2.11, б). При b ′′ < 0 амплитудная характеристика нелинейна (кривые 2 и 3 на рис. 2.11, а), а средняя крутизна (b cp < b o) и амплитуда тока уменьшаются по мере увеличения мощности помехи. Следствиями эффекта блокирования полезного сигнала помехой являются уменьшение амплитуды выходного полезного сигнала приемника на ∆ I 1(см. рис. 2, б) и соответствующее уменьшение выходного отношения сигнал/шум.

Характеристика частотной избирательности по блокированию представляет зависимость амплитуды мешающего сигнала на входе приемника от его частоты при одновременном действии полезного сигнала и при заданной величине уменьшения амплитуды (и отношения сигнал/шум) на выходе приемника. Ее снимают двухсигнальным методом. Влияние блокирующей помехи на характеристику избирательности приемника отражено на рис. 2, из которого видно, что увеличение уровня мешающего сигнала приводит к ухудшению избирательных свойств приемника — расширению полосы пропускания и уменьшению коэффициента прямоугольности частотной характеристики.

Параметрами частотной избирательности по блокированию являются:

· коэффициент блокирования,

· динамический диапазон

· уровень восприимчивости по блокированию.

Коэффициент блокирования (К _бл) равен отношению приращения (изменения) амплитуды полезного сигнала на выходе приемника

| ∆ Е _вых| под действием помехи к амплитуде этого сигнала при отсутствии помехи:

К _бл = Δ Е _вых / Е _вых = (Е _вых – Е _{вых бл})/ Е _вых = (I ₁ - I _1бл)/ I ₁ = 2 b о′′ E п ⁴ b о,

где Е _вых, Е _выхбл— амплитуды сигналов на выходе приемника, пропорциональные значениям I ₁, I _1блна рис. 2., при отсутствии и наличии блокирующей помехи соответственно.

Частота мешающего сигнала при блокировании f _бл, расположенная за пределами полосы пропускания УПЧ, может совпадать с частотами соседних каналов f _скили иметь промежуточное значение f _скн f _бл f _скв(где индекс «н» обозначает нижний соседний канал, а «в» — верхний) за исключением полос частот побочных каналов приема. Полоса частот, в которой наблюдается эффект блокирования, называется полосой блокирования. Допустимая величина коэффициента блокирования зависит от назначения и класса приемного устройства и обычно не превышает 10%.

Динамический диапазон по блокированию D_бл определяется как отношение значения характеристики частотной избирательности по блокированию при заданной частотной расстройке мешающего сигнала относительно основного канала к чувствительности приемника:

D_бл = Е _бл(f)/ Е _с(f _о) при К _бл= const,

где Е _бл(f) — амплитуда мешающего сигнала на входе приемника:

Е с(f о) — минимальная амплитуда полезного сигнала на входе приемника, соответствующая его чувствительности.

В зависимости от класса приемника его динамический диапазон по блокированию обычно не превышает 60…70 дБ.

Уровень восприимчивости по блокированию определяется как минимальный уровень мешающего сигнала на входе приемника на заданной частоте (например, на частоте соседнего канала), при котором коэффициент блокирования равен заданному значению.

Параметры блокирования приемников нормируются.

Для приемников магистральной радиосвязи КВ диапазона уровень блокирующей помехи при отстройке ее частоты на 20 кГц относительно частоты сигнала должен быть не менее 60…90 дБмкВ (в зависимости от класса приемника) и не менее 130 дБмкВ при отстройке на 6%. Для уменьшения восприимчивости приемников по блокированию следует повышать избирательность входных цепей, применять в УВЧ и смесителе активные элементы с малым значением параметра нелинейности

b₀^// / b ₀

1. Что такое односигнальная и многосигнальная избирательность приемника?

2. Дайте определение и поясните с помощью рисунка понятие избирательности (односигнальной) по соседнему каналу.

3. Дайте определение и поясните с помощью рисунка понятие избирательности (односигнальной) по зеркальному каналу.

4. Пояснить эффект блокирования при многосигнальном воздействии на приемное устройство

5. На что влияет величина динамического диапазона по блокированию?

Задачи:

Задача 1. Определите частоты побочных каналов приема при следующих данных: частота сигнала 4020 МГц; частота гетеродина 4075 МГц.

Задача 2. Определите частоты побочных каналов приема при следующих данных: частота сигнала 4070 МГц; частота гетеродина 4010 МГц.

Задача 3. Определите частоты побочных каналов приема при следующих данных: частота сигнала 4080 МГц; частота гетеродина 4050 МГц.

Задача 4. Определите частоты побочных каналов приема при следующих данных: частота сигнала 4070 МГц; частота гетеродина 4030 МГц.