Функциональное назначение радиопередающих устройств состоит в генерации и излучении электромагнитных волн, несущих определенную информацию, с целью последующего ее извлечения в заданной области пространства. Интенсивность излучаемых волн определяется уровнем напряженности ЭМП в точке приема.
Количество и качество передаваемой информации зависят от способа организации передачи информации при помощи электромагнитных волн, т.е. способа и параметров модуляции и полосы частот, соответствующих передаваемому сообщению. Для каждого конкретного вида модуляции существует минимальное значение ширины полосы частот передаваемого сообщения. Эта величина называется шириной необходимой полосы частот и определяется как минимальное значение полосы частот, обеспечивающее радиопередачу данного класса сообщений (сигналов) с требуемыми скоростью и качеством. Излучения в пределах необходимой полосы частот называют основными (ОИ), во вне необходимой полосы - нежелательными (НИ) (рис. 2.3 и 2.4)
Рисунок 2.3 – Классификация излучений радиопередающего устройства
Рисунок 2.4 - Основные и нежелательные излучения радиопередатчика
2.5.1 Побочные излучения.
К побочным излучениям (ПИ) относят нежелательные радиоизлучения, возникающие в результате любых нелинейных процессов в радиопередающем устройстве, за исключением процесса модуляции сигнала. 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 данное радиопередающее устройство.
Радиоизлучение на гармонике — побочное радиоизлучение на частотах, в целое число раз больших частоты основного радиоизлучения. fг = mf0, т = 2, 3, . .. п . Излучения на гармониках принципиально присущи любым радиопередающим устройствам и обусловлены нелинейностью амплитудных и фазовых характеристик, главным образом, активных элементов.
Уровень гармонических составляющих генерируемого или усиливаемого колебания зависит от схемы радиопередающего устройства, типа и рабочих параметров активных приборов, режима работы, наличия дополнительных устройств частотной фильтрации и т.д. Конкретное проявление нелинейных свойств различно в зависимости от диапазона частот. Нормы на излучения гармоник представлены на рис. 2.5 .
|
Независимо от конкретных причин возникновения гармоник их амплитуды связаны со степенью нелинейности и, как правило, убывают с ростом номера гармоники. При этом, чем сильнее выражены нелинейные свойства, тем больше амплитуды гармоник и число гармоник, имеющих заметную амплитуду.
Колебания на частотах гармоник могут возникать также и в фидере вследствие нелинейности характеристик размещенных в нем ферритовых и полупроводниковых элементов. Кроме того, нелинейные свойства фидеров могут быть вызваны нелинейностью переходных сопротивлений между соприкасающимися поверхностями, поскольку в сочленениях волноводов, механических соединениях антенн и т.д. возможно образование слоев окислов, обладающих нелинейной амплитудно-фазовой характеристикой.
Радиоизлучение на субгармониках - побочное радиоизлучение на частотах, в целое число раз меньших частоты основного радиоизлучения. Несущие частоты их равны: fсг =f0/m,m=2,3,..., где f0- несущая частота основного радиоизлучения. Радиоизлучения на субгармониках свойственны радиопередатчикам, использующим умножение частоты. Схема умножения применяется не только в относительно низкочастотных диапазонах, где используются стабилизированные генераторы опорных частот, но и в диапазоне СВЧ, поскольку мощность полупроводниковых или диодных генераторов, особенно в верхней части СВЧ диапазона, недостаточно высока. Например, в излучающих модулях активных фазированных антенных решеток могут использоваться маломощные транзисторные генераторы и умножители частоты на варакторных диодах или диодах с накоплением заряда.
Хотя в состав каскадов умножителя частоты входят частотные фильтры, гармоники и субгармоники выделяемой частоты подавляются не полностью и присутствуют в спектре выходного колебания.
Паразитное радиоизлучение - вид побочного излучения, возникающего в результате самовозбуждения радиопередатчика из-за паразитных связей в его генераторных или усилительных каскадах. Для данного излучения характерно, что его частота некратна частоте основного радиоизлучения и субгармоник: fпар ≠ тf0, т = 1, 2, 3,..., 1/2, 1/3 ... Паразитные излучения могут иметь место на частотах как ниже, так и выше основной частоты. В ламповых и транзисторных генераторах излучение на более низких частотах чаще всего определяется самовозбуждением из-за паразитных резонансов в цепях питания. Частоты таких колебаний обычно на порядок меньше основной частоты. В диапазоне СВЧ к перечисленным механизмам добавляется возможность образования паразитных резонансов в фидерном тракте вследствие влияния рассогласования антенны, соединенной с передатчиком протяженным фидером. Возможны также паразитные резонансы на различных неосновных типах колебаний резонаторов и типах волн в волноводах.
Мощность и значение частоты паразитного излучения трудно предсказуемы и могут иметь значительный разброс даже в группе однотипных устройств, нередко достигающие -30...-40 дБ относительно основного колебания.
Комбинационное радиоизлучение - побочное радиоизлучение, возникающее при воздействии на нелинейные элементы радиопередающего устройства колебаний на частотах несущих или формирующих несущую частоту, а также гармоник этих колебаний. Комбинационные излучения имеют место главным образом в радиопередатчиках, в которых применяется возбудитель, создающий сетку рабочих частот нелинейными преобразованиями вспомогательных стабилизированных по частоте колебаний. Здесь на нелинейный элемент радиопередатчика поступают колебания с частотами f1, f2, f3 и т.д., находящиеся обычно в декадном соотношении: f2=10f1, f3=10f2, ... В результате их смешения возникают различные комбинационные составляющие с частотами
fкомб = | ± m1f1 ± m2f2 ±...|.
Выходной фильтр выделяет необходимую частоту, осуществляя возбуждение широкополосного оконечного каскада стабилизированным колебанием. Поскольку избирательные свойства любого фильтра конечны, он лишь частично подавляет остальные неиспользуемые колебания. После усиления в оконечном устройстве (с учетом его избирательных свойств) эти колебания проявляются в виде нежелательных излучений с соответствующими частотами.
Интермодуляционное радиоизлучение - побочное радиоизлучение, возникающее в результате воздействия на нелинейные элементы высокочастотного тракта радиопередающего устройства генерируемых колебаний и внешнего электромагнитного поля (от другого радиопередатчика). В определенном смысле они являются результатом нарушения работы радиопередающего устройства под влиянием радиопомех от других радиопередатчиков, имеющих с рассматриваемым сильную связь. Такая ситуация соответствует либо близкому расположению нескольких радиопередающих устройств с раздельными антеннами на ограниченной территории, например на корабле, самолете, узле связи, либо при работе нескольких радиопередатчиков на общую антенну. Воздействие внешних электромагнитных полей из-за конечной частотной избирательности антенн, фидера и выходных фильтров передатчика, а также вследствие недостаточного экранирования фидера и развязки по цепям электропитания может происходить через антенны и помимо антенн, через корпуса и межблочные соединения, а также цепи электропитания.
При наличии нелинейности любой природы, например выходного активного прибора или элементов фидера, происходит взаимодействие внешнего колебания с частотой fп и генерируемого. В результате появляются дополнительные составляющие на частотах гармоник - mf0 и nfП (m,n =1, 2, ...) и интермодуляционных частотах
fинт= | ± mlfП ± m2f0 ±... |, (m1, m2 = 1, 2, ...).
Как и в случае образования гармоник, имеют значение нелинейности амплитудных и фазовых характеристик, причем последняя наиболее характерна для приборов СВЧ диапазона. Например, для усилителей мощности, выполненных на ЛБВ, уровень интермодуляционных составляющих равен -20 ...-40 дБ относительно уровня основного излучения даже в том случае, когда воздействующий сигнал на 5 ... 10 дБ меньше уровня насыщения.
Число и амплитуды интермодуляционных составляющих зависят от степени нелинейности: чем сильнее выражены нелинейные свойства, тем больше образуется интермодуляционных составляющих и тем выше их амплитуды. Интенсивность интермодуляционных составляющих зависит также от порядка преобразования и убывает, как правило, с ростом этой величины.
Второй механизм возникновения интермодуляционных излучений часто называют параметрическим. Электромагнитное поле на частоте помехи изменяет параметры электронного прибора во времени (крутизну вольтамперной характеристики сеточных ЭВП и транзисторов, параметр группировки электронов в ЭВП СВЧ), что приводит к модуляции сигнала на рабочей частоте и появлению в спектре выходного сигнала колебаний на комбинационных частотах.
Кроме отмеченных механизмов возникновения интермодуляционных излучений, связанных непосредственно с процессами в активных устройствах, как и в случае излучений на гармониках, возможно образование их из-за нелинейных свойств элементов фидера и различных элементов конструкции. Из интермодуляционных колебаний наиболее интенсивными являются колебания третьего порядка на частотах 2fП - f0 и 2f0 – fП, уровень которых нередко достигает -35. ..-20 дБ при уровне внешнего сигнала -20...-15 дБ.
При воздействии двух и более мешающих колебаний интермодуляционные частоты
fинт = |± m1f0 ± m2fП1 ± т3fП3 ± ... |,
а их общее число оказывается значительным. Например, 10 работающих передатчиков могут генерировать около 100 составляющих второго порядков (Nинт = 2) и 800 - третьего порядка (Nинт = 3) .