Оценка коэффициента частотной коррекции
При анализе ЭМС РЭС помеху, поступающую в приемник по основному или побочному каналам приема, обычно заменяют эквивалентной помехой, лежащей в полосе пропускания ОКП приемника на частоте его настройки и создающей на выходе приемника такой же отклик, как и реальная помеха. Это позволяет оценить качество работы РПУ при помехах по основному или побочным каналам приема, используя связь отношения сигнал/помеха на рабочей частоте приемника с рабочей характеристикой приемника.
Чтобы провести такую замену, нужно рассчитать коэффициент частотной коррекции помехи. Коэффициент частотной коррекции показывает, как ослабляется помеха, проходя через приемник, если ее частота не совпадает с частотой основного или побочного каналов приема и/или ширина спектра мешающего сигнала превышает полосу пропускания приемника. Если значение коэффициента частотной коррекции известно, то уровень мешающего сигнала на входе приемника можно уменьшить на коэффициент частотной коррекции (который обычно вычисляют в децибелах) и считать, что мешающий сигнал с новым уровнем находится в полосе пропускания на частоте настройки приемника. Описанный подход не применим к помехам, вызывающим нелинейные эффекты в приемнике.
Поскольку восприимчивость по ПКП существенно отличается от чувствительности приемника, сначала необходимо определить, какой вид излучения и по какому каналу может влиять на качество приема полезного сигнала. Так как передатчик имеет основное и неосновные излучения, а приемник основной и неосновные каналы приема, то возможны четыре вида взаимодействий излучений передатчика и каналов приема приемника, а именно:
ОО – основное излучение передатчика действует по основному каналу приема РПУ;
ОН – основное излучение передатчика действует по неосновному каналу приема РПУ;
НО – неосновное излучение передатчика действует по основному каналу приема РПУ;
НН – неосновное излучение передатчика действует по неосновному каналу приема РПУ.
Обычно частота основного или побочного излучения передатчика известна, так как ее выбирает тот, кто проводит анализ (или соответствующая программа, которая анализирует определенный набор излучений передатчика). Нужно установить канал, по которому излучение этой частоты может попасть на выход приемника. Канал устанавливают, руководствуясь следующим правилом: канал, относительно которого частота мешающего излучения имеет наименьшую расстройку, является каналом, по которому помеха может влиять на прием полезного сигнала.
Для линейных каналов приема (q = 1 в выражениях (8.7) и (8.8)) гармонику гетеродина p, образующую канал, по которому помеха с частотой fi может пройти на выход приемника, а также значение расстройки помехи относительно этого канала можно найти следующим образом:
· вычислить значение
p + Δp = (fi ± fпч)/ fг ; (8.11)
· определить значения p и Δp, для чего:
– результат, полученный согласно (8.11), округлить до ближайшего целого и взять его в качестве p;
– вычитая найденное значение p из результата, полученного согласно (8.11), найти Δp. Очевидно, что – 0.5 ≤ Δp ≤ 0.5. Например, если p + Δp = 1.8, то p = 2, а Δp = – 0.2. Или p + Δp = 2.1. Тогда p = 2, Δp = 0.1.
Как следует из (8.11), значение p + Δp для каждой fi вычисляют дважды. В качестве Δp выбирают наименьшее (по модулю) из полученных двух значений;
· вычислить расстройку Δf частоты помехи относительно канала приема, образованного p-ой гармоникой гетеродина
Δf = Δpfг. (8.12)
В том случае, если необходимо определить, в какой из двух каналов, расположенных симметрично относительно p-ой гармоники, попадает мешающий сигнал (см. рис. 8.2), достаточно вычислить значение pfг и сравнить его с fi. Если fi < pfг, то помеха проходит по нижнему каналу, в противном случае – по верхнему. Это обстоятельство можно использовать, чтобы определить, попадает помеха в основной или зеркальный канал приема, если в результате расчета получено значение p = 1. При этом нужно помнить, что при f0R < fг, ОКП относительно fг является нижним, а зеркальный канал верхним каналом. Если f0R > fг, ОКП является верхним каналом, а зеркальный канал нижним относительно fг. (Изложенное относится к наиболее часто используемому на практике случаю fпч = | f0R – fг |).
Процедура, связанная с определением p и Δf, может быть использована для любой частоты на входе приемника, в том числе и для излучений передатчиков, на гармониках и субгармониках, т. е. позволяет установить потенциально возможный вид помехи – ОО, ОН, НО или НН – по линейным каналам приема.
Предложенный способ определения ПКП может быть использован и в том случае, если анализ включает исследование не только линейных ПКП, но и ПКП, связанных с появлением гармоник частоты помехи в приемнике (q ≥ 2). Для этого в (8.11) нужно заменить fi на qfi и для каждого значения q определить пару значений Δp. Из полученного множества {Δpj} следует выбрать 
и соответствующее ему p.
Рассмотрим небольшой пример. На приемник с параметрами: f0R = 90МГц, fг = 100МГц, fпч = 10 МГц и Bпч = 0.2 МГц поступает помеха с частотой fi = 70.02 МГц. Нужно определить ПКП, по которому помеха может влиять на прием полезного сигнала. Анализ включает исследование ПКП до значений q = 3.
Используя предложенный выше способ определения ПКП, результаты расчета можно представить в виде табл. 8.2, где знак «+» или «-» над Δp означает знак, который использован в (8.11) между слагаемыми qfi и fпч (после замены fi на qfi).
Таблица 8.2
Результаты расчета относительной
расстройки частоты Δp
| q | p | Δp+ | Δp- |
| -0.1998 | -0.3998 | ||
| 0.4996 | - | ||
| - | 0.3004 | ||
| 0.0006 | 0.2006 |
Из таблицы следует, что излучение на частоте fi =70.02 МГц потенциально может создать помеху по ПКП с параметрами p = 2, q = 3. Расстройка помехи по этому каналу составит Δf = Δpfг = 0.0006∙100 = 0.06 МГц, что меньше, чем Bпч/2 = 0.1 МГц, т. е частота помехи попадает в полосу пропускания приемника. Естественно, окончательное решение о степени опасности рассматриваемой помехи можно вынести только после энергетической оценки помехи, которая, в частности, зависит и от значения коэффициента частотной коррекции.
Коэффициент частотной коррекции для помехи по ОКП можно вычислить, используя выражение
(8.13)
где CFO(Δf) – коэффициент частотной коррекции при расстройке помехи Δf относительно ОКП, дБ; s(f) – спектральная плотность мощности, принимаемого излучения, Вт/Гц; |h(f)| – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) приемника (наиболее узкополосного тракта ПЧ).
Для основного канала приема можно записать Δf = |f0T – f0R|. Здесь f0T – частота мешающего передатчика; f0R – частота настройки приемника. Для ПКП расстройка Δf определяется, используя выражения (8.11) и (8.12).
При вычислении CFO(Δf) по (8.13) можно использовать нормированную спектральную плотность мощности мешающего сигнала, которую можно определить из маски его спектра.
Нормированная АЧХ приемника |h(f)| может быть получена из характеристики избирательности D(f) или АЧХ H(f) последнего тракта ПЧ приемника. Поскольку D(f) или H(f) обычно представлены в децибелах, то
|h(f)| = 10-D(f)/20 = 10H(f)/20;
|h(f)|2 = 10-0.1D(f) = 100.1H(f).
Выражение (8.13) можно представить в виде двух слагаемых, одно из которых CF1 [дБ] дает ослабление помехи за счет несовпадения ширины спектра мешающего сигнала с шириной полосы пропускания приемника, а другое CF2 [дБ] – дополнительное ослабление за счет за счет расстройки частот мешающего передатчика и приемника:
CFО(Δf) = CF1+ CF2(Δf),
где
,
Если ширина спектра помехи меньше, чем полоса пропускания приемника, то можно положить CF1 = 0 дБ. Если ширина спектра мощности излучения BT не меньше, чем полоса пропускания приемника BR (BT ≥ BR) на уровне 3 дБ, то во многих случаях CF1 можно аппроксимировать выражением
CF1 ≈ 10 lg(BR/ BT).
Учитывая указанное представление, можно использовать более простой, но, может быть, менее точный способ оценки CFO(Δf) [16]:
(8.14)
где M(Δf) – маска спектра, отражающая уровень спектральных составляющих сигнала относительно максимума спектральной плотности мощности в необходимой полосе при отстройке Δf, дБ; D(Δf) – значение избирательности приемника при отстройке Δf, дБ; k – коэффициент, который принимает значение k = 0, если BR ≥ BT, или k = 10, если BR < BT.
Формула (8.14) не требует переходов от децибел к абсолютным единицам измерения и операции интегрирования. При малых расстройках выражение (8.14) определяет ослабление в приемнике за счет несовпадения полосы пропускания приемника с шириной спектра сигнала, поступающего в приемник, когда ширина спектра сигнала больше, чем полоса пропускания приемника. При больших расстройках происходит выбор из ослабления, обусловленного убыванием спектральной плотности мощности с увеличением отстройки и несовпадением ширины спектра поступающего излучения с полосой пропускания приемника, с одной стороны, и ослабления, обусловленного характеристикой избирательности приемника по ОКП, с другой стороны. Значение -100 дБ является ограничителем возможного ослабления помех в приемнике. Так, если по результатам расчета необходимо найти max{ -50, -120, -100} дБ, то это будет -50 дБ. Формула (8.14) выбирает минимальное (по модулю) значение ослабления помехи, сохраняя ситуацию наихудшего случая.
Если помеха поступает по ПКП с расстройкой Δf, то
CFпк(Δf) = CFО(Δf) - Lпк(fi), (8.15)
где Lпк(fi) – восприимчивость ПКП, по которому действует помеха, дБ.
Восприимчивость может быть определена в спецификации на приемник или вычислена с использованием математической модели, например (8.10).
Теперь, если уровень помехи на входе приемника на частоте fi составляет I(fi) [дБм], то уровень эквивалентной помехи на частоте настройки приемника f0R, Iэ(f0R) [дБм] будет
Iэ(f0R) = I(fi) + CF(Δf), (8.16)
где CF(Δf) – коэффициент частотной коррекции, который вычисляется по одной из формул (8.13) – (8.15) в зависимости от канала, по которому поступает помеха, и выбранного способа оценки коэффициента частотной коррекции.
Обращаясь к приведенному выше примеру, можно, используя (8.10), для fi = 70.02 МГц получить Lпк(70.02) = -20 lg (70.02/90) + 80 = 82 дБ.
Если взять BT = 0.1 МГц, то Δf = 0.06 МГц ≤ (0.1 +0.2)/2 = 0.15. Тогда из (8.14) CFО(Δf) = 0 дБ (принимаем BR = Bпч = 0.2 МГц). Теперь из (8.15) следует, что CFпк(Δf) = -82 дБ, поскольку поправка на значение J при q > 1 вводится только для fi > f0.