Интермодулиционных и перекрёстных искажений в радиоприёмном устройстве

Руководство к лабораторным работам для подготовки магистров по направлению 11.04.02 “Инфокоммуникационные технологии и системы связи”

 

Разработчик

студент гр.146-М3

      Д.С.Соболев

Доцент кафедры СВЧиКР

      А.Ю.Попков

 

 

Томск 2018

Содержание

1 ВВЕДЕНИЕ. 4

2 ТЕОРИЯ.. 5

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА БЛОКИРОВАНИЯ РАДИОПРИЁМНОГОУСТРОЙСТВА.. 12

3.1 Цельработы.. 12

3.2 Краткие теоретическиесведения. 12

3.3 Описание лабораторной установки. 13

3.5 Домашнеезадание. 20

3.6 Контрольные вопросы.. 22

3.7 Списоклитературы.. 22

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ ИСКАЖЕНИЙ РАДИОПРИЁМНОГОУСТРОЙСТВА.. 23

4.1 Цельработы.. 23

4.2 Краткие теоретическиесведения. 23

4.3 Описание лабораторнойустановки. 24

4.4 Порядок выполненияработы.. 25

4.5 Домашнее задание: 30

4.6 Контрольные вопросы: 31

4.7 Список литературы.. 32

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ПЕРЕКРЁСТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ В РАДИОПРИЁМНОМ УСТРОЙСТВЕ. 33

5.1 Краткие теоретические сведения и основные расчетные соотношен. 33

5.2 Описание лабораторнойустановки. 34

5.3Порядок выполненияработы.. 36

5.4 Требования котчёту. 42

5.5 Домашнеезадание. 43

5.6Контрольныевопросы.. 43

5.7 Списоклитературы.. 43

6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА БЛОКИРОВАНИЯВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.. 44

6.1 Цель работы.. 44

6.2 Краткие теоретические сведения. 44

6.3 Описание лабораторной установки. 45

6.4 Порядок выполнения работы.. 46

6.5 Домашнее задание. 49

6.6 Контрольные вопросы.. 50

6.7 Списоклитературы.. 50

 

ВВЕДЕНИЕ

Широкое внедрение радиоэлектронных средств (РЭС) приводит к тому, что при одновременной работе они начинают оказывать воздействие друг на друга. Поэтому при проектировании РЭС необходимо учитывать условия их эксплуатации, включая электромагнитную обстановку, в которой надлежит работать РЭС. Электромагнитная обстановка (ЭМО) ­– это совокупность электромагнитных излучений в точке или районе, где размещается (или предполагается разместить) РЭС. Электромагнитные излучения могут нарушить качество работы РЭС, вплоть до полной невозможности выполнения им своей основной функции. Появление нового РЭС изменяет ЭМО в точках, где уже расположены работающие средства. Это изменение может ухудшить качество функционирования некоторых из них. Решение задач обеспечения удовлетворительного функционирования РЭС в окружающей ЭМО, не оказывая недопустимого воздействия на нее и другие средства, составляет сущность проблемы электромагнитной совместимости(ЭМС).

Восприимчивость радиоприемного устройства – это свойство устройства реагировать на радиопомехи, воздействующие через антенну и помимо нее, в том числе через экран, по цепям питания, управления и коммутации [1].

К параметрам, определяющим восприимчивость радиоприемного устройства, относят чувствительность основного и побочного каналов приема, избирательность, нелинейные эффекты блокирования, перекрестных искажений и интермодуляции, а также коэффициенты сетевыхрадиопомех,электрическойиндукции.

 

ТЕОРИЯ

Воздействие интенсивной помехи, значительно превышающей по уровню полезный сигнал, возможно помимо основного и побочного каналов приема. При этом влияние помехи, проявляется в виде нелинейных эффектов: блокирования или интермодуляции 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[2]. Это явление проявляется в уменьшении усиления приемника в присутствии интенсивной помехи. Полоса частот, в которой имеетместоблокирование,называетсяполосойблокирования В бл

Воздействие интенсивных помех на вход радиоприемника оказывает влияние на прием полезного сигнала даже в том случае, если помехи не попадают в основной и побочные каналы приема, вследствие возникновения нелинейных эффектов в тракте приемника. Одним из таких эффектов является блокирование, приводящее к уменьшению отношения сигнал/шум на выходе радиоприемника и, следовательно, к ухудшению его чувствительности. Блокирование обычно рассматривается в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств [3]. Поскольку чувствительность является одной из основных характеристик радиоприемника, то эффект блокирования необходимо учитывать и оценивать при проектировании и эксплуатации радиоприемных устройств (РПУ), предназначенных для функционирования в условиях сложной электромагнитной обстановки. Между тем, оценки влияния блокирования на чувствительность радиоприёмного устройства (РПУ) встречают принципиальные трудности, связанные с оценкой мощности шума на выходе приемника, находящегося под действием помех. Часто блокированиеопределяетсякакизменениеуровнясигналанавыходерадио

приемника под действием внеполосных помех. Однако, под действием внеполосных помех происходит также изменение мощности шума на выходе приемника. В связи с этим существует другое определение блокирования [5], охватывающее оба эти эффекта, как изменения уровня сигнала или отношения сигнал/шум на выходе радиоприемника под действием внеполосной помехи. Блокирование, определяемое по уровню сигнала, часто называют блокированием по усилению, а блокирование по отношению сигнал/шум — блокированием по шумам [2]. Если блокирование по усилению характеризуется изменением коэффициента усиления, то блокирование по шумам — изменением коэффициента шума радиоприемника (или каскада). Таким образом, блокирование по шумам радиоприемника количественно эквивалентно изменению его чувствительности. Блокирование радиоприемника по шумам складывается из двух эффектов: изменения коэффициента усиления и изменения уровня шумов на выходе под действием помехи. При оценке изменения чувствительности РПУ вследствие блокирования изменение уровня выходных шумов зачастую рассматривается только как следствие изменения коэффициента усиления приемника и его отдельных каскадов. Собственные шумы каскадов, подвергающихся воздействию помех, считаются неизменными и равными линейным, имеющим место в отсутствие помех [2]. Между тем, в ряде работ [3] на примере усилителей радиочастоты (УРЧ) различных типов показано, что уровень собственных шумов также изменяется под действием помех, при чем этот эффект дает вклад в общее изменение выходных шумов, сравнимый по величине с результатом изменения усиления входных шумов, так что при оценке чувствительности РПУ требуется рассматривать совместно оба эти эффекта. Необходимо сделать замечание об использовании термина «чувствительность» применительно к РПУ, находящемуся под воздействием помех. Воздействие интенсивных помех на вход радиоприемника оказывает влияние на при ем полезного сигнала даже в том случае, если помехи не попадают в основнойи

побочные каналы приема, вследствие возникновения нелинейных эффектов в тракте приемника. Одним из таких эффектов является блокирование, приводящее к уменьшению отношения сигнал/шум на выходе радиоприемника и, следовательно, к ухудшению его чувствительности. Блокирование обычно рассматривается в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств [1]. Поскольку чувствительность является одной из основных характеристик радиоприемника, то эффект блокирования необходимо учитывать и оценивать при проектировании и эксплуатации радиоприемных устройств (РПУ), предназначенных для функционирования в условиях сложной электромагнитной обстановки. Между тем, оценки влияния блокирования на чувствительность РПУ встречают принципиальные трудности, связанные с оценкой мощности шума на выходе приемника, находящегося под действием помех. Часто блокирование определяется как изменение уровня сигнала на выходе радиоприемника под действием внеполосных помех. Однако, под действием внеполосных помех происходит также изменение мощности шума на выходе приемника. В связи с этим существует другое определение блокирования [4], охватывающее оба эти эффекта, как изменения уровня сигнала или отношения сигнал/шум на выходе радиоприемника под действием внеполосной помехи. Блокирование, определяемое по уровню сигнала, часто называют блокированием по усилению, а блокирование по отношению сигнал/шум – блокированием по шумам [5]. Если блокирование по усилению характеризуется изменением коэффициента усиления, то блокирование по шумам – изменением коэффициента шума радиоприемника (или каскада). Таким образом, блокирование по шумам радиоприемника количественно эквивалентно изменению его чувствительности. Блокирование радиоприемника по шумам складывается из двух эффектов: изменения коэффициента усиления и изменения уровня шумов на выходе под действием помехи. При оценке изменения чувствительности РПУ вследствие блокирования изменение уровня только как следствие изменения коэффициента усиления приемника и его отдельных каскадов. Собственные шумы каскадов, подвергающихся воздействию помех, считаются неизменными и равными линейным, имеющим место в отсутствие помех. Между тем, в ряде работ на примере усилителей радиочастоты (УРЧ) различных типов показано, что уровень собственных шумов также изменяется под действием помех, причем этот эффект дает вклад в общее изменение выходных шумов, сравнимый по величине с результатом изменения усиления входных шумов, так что при оценке чувствительности РПУ требуется рассматривать совместно оба эти эффекта. Необходимо сделать замечание об использовании термина

«чувствительность» применительно к РПУ, находящемуся под воздействием помех [1].

В качестве рецептора помех РЭС рассмотрим радиоприемное устройство, которое выделяет полезную информацию, адресованную определенному корреспонденту. Эта информация выделяется из совокупности сигнала и помех, воздействующих на антенну. В общем случае ЭМС совокупности источников и рецепторов ЭМП определяется не только электромагнитной обстановкой в точке размещения чувствительных элементов рецепторов помех, но и восприимчивостью этих рецепторов к действующемуполю.

На рис. 2.1 приведена упрощенная структурная схема супергетеродинного радиоприемника. Способность приемника выделить полезный сигнал из совокупности составляющих напряженности электромагнитного поля, в котором находится антенна, называют избирательностью.

Рисунок 2.1. – Структурная схема главного тракта приемника

Различают несколько видов избирательности: пространственную, поляризационную, временную, амплитудную, фазовую и частотную. Частотная избирательность имеет особое значение. В отличие от других видов избирательности она присуща каждому супергетеродинному приемнику. Характеристика частотной избирательности  зависимость уровня сигнала на входе радиоприемного устройства от частоты этого сигнала при заданном отношении сигнал-шум или уровне сигнала на выходе радиоприемника [1]. Измерение характеристики частотной избирательности проводится односигнальным или многосигнальным методами.

На рис. 2.2 представлена типовая характеристика частотной избирательности приемника, измеренная односигнальным методом. Она описывает избирательные свойства приемника в линейном или близком к линейному режимах работы, когда на входе приемника отсутствует помеха. На характеристике выделяют основной и побочные каналы приема.

Рисунок 2.2. – Характеристика односигнальной частотной избирательности супергетеродинного приемника:

Основным каналом приема радиоприемника называют полосу частот, находящуюся в полосе пропускания радиоприемника и предназначенную для приема сигнала [1]. На рис. полоса частот основного канала обозначена BR. Ее определяют на уровне 3 дБ по отношению к значению частотной характеристики на частоте настройки приемника f 0 R. В идеальном случае ширина полосы основного канала приемногоустройства должна быть равна необходимой полосе частот полезного сигнала B R = B н. Поскольку излучение передающих устройств является несовершенным, а селектирующие цепи приемных устройств не являются идеальными и частота гетеродина f г характеризуется определенной нестабильностью, приходится принимать В R>В н

    Другой характеристикой основного канала является коэффициент прямоугольностиП а частотной характеристики. Коэффициентом прямоугольности по уровню α, дБ, называют отношение полосы частот на уровне α,дБ,кполосенауровне3дБ,т.е.П α = В  α/ВR. Обычнопринимают α равным 30 или 60 дБ. Считают, что приемник имеет хороший коэффициент прямоугольности, если П60 = 2,5÷4, и низкий, если П60 ≥ 8. Из-за существенного отличия характеристики частотной избирательности от прямоугольной возможен прием помех с частотами, примыкающими к основному канала приема. Следует отметить, что помеха может проникать в радиоприемник и по основному каналу, если ее спектр полностью или частично лежит в полосе пропускания В R. Это называется прямым прохождениипомехи.

Побочный канал приема составляют полосы частот, находящиеся за пределами основного канала приема радиоприемника, в которых сигналпроходит на выход приемника. К побочным каналам относятся каналы, включающие промежуточную, зеркальную, комбинационные частоты и субгармоники частоты настройки радиоприемника [1].

Побочные каналы приема образуются в смесителях.Ониопределяютсянедостаточной избирательностью предшествующих каскадов и арактеристикой нелинейности смесителя. Предполагается, что при переносе спектра в смесителе искажения отсутствуют. В этомсмысле операция преобразования частоты – линейная. Составной частью преобразователя частоты является перемножитель напряжений. Но даже в идеальном перемножителе обязательно есть побочный канал, называемый зеркальным, частота которого

f з = f г + f п.ч                                              (2.1)

где f п.ч – промежуточная частота.

Отличительная особенность этого канала состоит в том, что он имеет одинаковую чувствительность с основным каналом приема, если измерять ее с входапреобразователя.

В реальных преобразователях частоты идеального перемножения поступающих сигналов не происходит. Преобразователи работают по принципу косвенного перемножения, осуществляемого с помощью нелинейного элемента. Это приводит к появлению новых побочных каналов.Частота побочного канала f п.к в общем случае удовлетворяет равенству

m·f п.к + п· f г = f п.ч

(2.2)

Где m,n–целые числа, положительные и отрицательные, включая нуль. Величина N= называется порядком комбинационного канала. Соотношение (2.2) определяет частоты побочных каналов в самом общем виде. Воздействие интенсивной помехи, значительно превышающей по уровню полезный сигнал, возможно помимо основного и побочного каналов приема. При этом влияние помехи, проявляется в виде нелинейных эффектов: блокирования или перекрестной модуляции или одновременно возникновенияэффектов[1]