Краткие теоретическиесведения

Интермодуляция – возникновение помех на выходе приемника при действии на его входе двух и более радиопомех, частоты которых не совпадают с частотами основного и побочного каналов приема. Интермодуляция обусловлена эффектами преобразования колебаний двух или более помех в смесителе или в каскадах, предшествующих смесителю. Интермодуляция - одна из наиболее важных причин несовместимости РЭС. Так, в системах связи метрового диапазона на долю интермодуляции приходится до 70% случаев нарушения ЭМС непреднамеренными помехами.[1].

Количественной мерой является коэффициент интермодуляции- отношение уровня радиопомехи, возникающей в результате интермодуляции в радиоприемнике, к уровню сигнала, соответствующего чувствительности радиоприемника, определенных на выходе радиоприемника:

=  ,                     (4.2.1)

где ) и  ‒ выходные напряжения при наличии и отсутствии помех, ­­­­‒ входное напряжение, соответствующее чувствительности приемника.

Кроме коэффициента интермодуляции используют характеристику частотной избирательности приемника по интермодуляции – зависимость уровня сигналов на входе радиоприемного устройства, создающих интермодуляцию в радиоприемнике от частоты одного из них при заданном коэффициенте интермодуляции в радиоприемнике.Блокирование, перекрестные искажения и интермодуляция присущи любым типам радиоприемных устройств: супергетеродинным, прямого усиления, с параметрическими усилителями и т.д. Влияние этих нелинейных эффектов уменьшается: при повышении частотной избирательности входных цепей радиоприемника и пассивных цепей его первых каскадов; при приближении характеристики усилительных элементов к линейным, а смесительных к квадратичным во всем диапазоне возможного изменения амплитуд сигналов и помех. Интенсивность помех, обусловленных нелинейными эффектами, пропорциональна U_п³ и U_п² соответственно, где U_п – амплитуда помехи. Этим объясняется то, что приемник обычно более восприимчив к интермодуляционным помехам, чем к помехам вызывающим перекрестные искажения и блокирования.

4.3 Описание лабораторнойустановки

 

Рисунок 4.3.1 - Функциональная схема установки для исследования эффекта

интермодуляционных искажений РПУ:

ГС 1 – источник сигнала,ГС 2,3, – источники сигнала имитирующие модулирующиепомехи,РПУ – супергетеродинныйприёмник,анализатор сигнала

Сигнал модулируется по амплитуде внутренним модулятором (ГС 1), помехи (ГС-2, ГС-3) модулированы аналогичным способом по амплитуде, но уже с отличными частотами и амплитудами напряжений, чем ГС 1. В сумматорах проводится сложение сигналов и помех, откуда далее она поступает в приёмник. К низкочастотному выходу приёмника подключен анализатор сигнала для визуальной регистрации эффекта интермодуляции.

Порядок выполненияработы

1) Ознакомиться с программой моделирования процессов SystemVue.

2) Изучить функциональную схему устройства лабораторнойработы

3) Собрать лабораторный макет согласно блок схеме изображенной на рис.4.4.1

4) Снять значения эпюр напряжений, с анализатора сигнала на выходе РПУ, зафиксировать значения U_{Σ вы х} .

5) Рассчитать коэффициент интермодуляции по формуле(4.1).

6) Построить графики зависимостьамплитудной характеристики РПУ Кинт= φ (U пвх).

Блок-схема лабораторной установки, представлена на рис. 4.4.1:

Рисунок 4.4.1 - Лабораторная установка собранная в SystemVue

1 – Генератор информационного амплитудного сигнала; 2,3,4 – Сумматоры сигналов;5– Супергетеродинныйприёмник;6– Анализатор сигнала на выходеРПУ;7,8,9 – Генераторы амплитудно-модулированных помех;

10 - Анализатор сигналов на выходе информационного амплитудного сигнала;11,12,13 - Анализаторы сигналов на выходе сумматоров;

14,15,16 - Анализаторы сигналов на выходе генераторов помех.

 

Собрать метасистему информационно амплитудно-модулированного сигнала можно по следующей схеме рис. 4.4.2.

Рисунок 4.4.2 – Блок схема генератора амплитудно-модулированного сигнала:

1– Источник модулирующего сигнала, 2– Генератор помехи,

3 – Генератор помехи, 4–Сумматор, 5–Усилитель.

Входное напряжение сигнала принять равной U _cвх=1 В. Частоту сигнала f _с=25,02 кГц. Для этого, дважды щелкнув левой клавишей мышки по функциональному блоку, имитирующему генератор информационного сигнала. На рабочем поле программы раскроется окно «Источник сигнала»

Рисунок 4.4.3 – Выбор типа источника сигнала

 

Рисунок 4.4.4 – Выбор параметров источника сигнала

В поле «Amplitude [ v ]» выставляется желаемая амплитуда несущего сигнала, в поле «Frequency [ Hz ]» - его частота, в поле «PHASE (deg)» - начальная фаза. После чего нажать кнопку «ОК». На рис 4.4 в окне показана схема формирования амплитудно-модулированного сигнала. Несущий сигнал генерируется синусоидальным источником. Несущий сигнал перемножается с модулирующим в перемножителе. Источником модулирующего напряжения является сумма сигнала источника синусоидального напряжения и ступенчатой функции. Параметры модулирующего сигнала приведены установить согласно варианту из таб. 4.5.1.

Частоты помех отличаются от частоты сигнала, но находится внутри полосы пропускания приемника. Параметры источников помехи изменяются так же, как и у источника сигнала. Помехами является модулированный синусоидальный сигнал, образованный по аналогии с блок схемой генератора информационного амплитудного сигнала (рис. 4.4.2). Количество генераторов созданных помех выбрать произвольно(2–3).

Увеличивая входное напряжение помехи, будем следить за изменением суммарного (сигнал и помеха) напряжения на выходе РПУ

В качестве РПУ выберем супергетеродинный приемник, реализованный по схеме (рисунок 4.4.5).

6

Рисунок 4.4.5 – Блок-схема супергетеродинный приёмник

1 – Усилитель, 2 – Смеситель,3–Полосовой фильтр,4–Усилитель,

5– Пиковый детектор, 6 –ФНЧ, 7 – Гетеродин.

 

 

Демодулятор приёмника представлен на рис. 4.4.6.

Рисунок 4.4.6 – Блок – схема демодулятора приёмника

1– Вход метасистемы,2– Пиковый детектор, 3 –ФНЧ,4 – Выход метасистемы

После запуска системы (нажатие кнопки), необходимо нажать на кнопку «Analysis Window».Получить эпюры, дающие наглядное представление о характере сигналов и их проходимости через тракт РПУ. Значение амплитуды можно узнать, наведя курсор мыши на эпюру. Величина отображается в верхнем правом углу окна «SystemVue Analysis».Данные измерений занести в табл. 4.4.1При незначительных напряжениях  выходной сигнал  изменяется слабо и не имеет искажений, а при дальнейшем увеличений  , сигнал на выходе сначала искажается, а затем начинается уменьшаться по амплитуде. 

Оставляя частоту и амплитуду входного сигнала постоянной, необходимо увеличивать частоту помехи в пределах полосы пропускания РПУ при постепенном повышении U _пвх. с шагом в 100мВ. Шаг перестройки, частоты помехи, принять равным 0,04 кГц. Данные измерений записывать в таблицу 4.4.1.

Рассчитать коэффициент интермодуляции по формуле:

=                              (4.4.1)

Полученные значения К_инт так же занести в таблицу А 4.4.1. Построить график амплитудной зависимости характеристики интермодуляции РПУ в виде зависимости К_инт=φ(U_пвх) при U_свых = const.

Таблица А 4.4.1

№	Uвых(Uс+ΣUпi),В	Uвых (Uc),В	Кинт	Uпвх, В
1
2
3
4
5

 

4.5 Домашнее задание:

Изучение теоретического материала по интермодуляции сигналов в радиоприёмном устройстве и его реализацию на гетеродинной основе.

Требование к отчету:

По результатам лабораторной работы каждому студенту необходимо составить индивидуальный отчет, содержащий:

1. Краткие теоретические сведения.

2. Функциональную схему установки для исследования эффекта интермодуляции в РПУ.

3. Формулу расчета K_инт

4. Заполненные таблицы со снятыми и рассчитанными значениями.

5. Иллюстративный материал зависимостей K_инт= φ(U_пвх)

6. Выводы по работе.

Примечание:

В качестве источника помехи допускается использование функции косинуса. Возможные варианты, исследования эффекта интермодуляции для студентов отображены в таблице А 4.5.1.

Таблица А 4.5.1

 

№	f c ,кГц	f п ,кГц	U cвх ,В	U пвх ,В
1	25	25,025	1	0,5
2	25	25,017	0,9	0,5
3	25	25,022	0,96	0,55
4	25	25,031	1,1	0,57
5	25	25,015	0,9	0,5
6	25	25,032	1,2	0,75
7	25	25,022	0,96	0,55
8	25	25,026	1	0,5
9	25	25,037	1,2	0,6
10	25	25,023	0,97	0,56
11	25	25,034	1,1	0,59
12	25	24,022	0,96	0,55

 

4.6 Контрольные вопросы:

1. Что такое восприимчивость радиоприёмногоустройства?

2. Что такое характеристика частотнойизбирательности?

3. Объясните влияние нелинейных эффектов на избирательностьРПУ.

4. Поясните эффект интермодуляции радиоприемногоустройства.

5. Что такое коэффициент интермодуляцииРПУ?

6. В каких пределах и единицах измеряется К_инт?

Список литературы

1. Ефанов В. И., Тихомиров А. А. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем: учебное пособие / Ефанов В. И., Тихомиров А. А. — ТУСУР,2012.

2. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи: Пер. с англ. Вып. 1 / Под ред. А. И. Сапгира. - М.: Сов. радио, 1977. 348с

3. Емельянов В.Е., Солозобов М.Е. Теория и методы оценки электромагнитного взаимодействия РЭО: пособие по выполнению лабораторных работ / Емельянов В.Е., Солозобов М.Е. — МГТУ ГА, 2014.

4. ЗлатинИ.В. SystemVue 6.0 (SystemVue). Системное проектирование радиоэлектронных устройств. / Agilent Technologies – Москва2006г.

5. Рембовский А.М. Радиомониторинг. Задачи, методы, средства / В.В. Быков – Москва. Горячая линия – Телеком, 2010 –624с