- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •Оглавление
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс 198
- •11. Оценка потерь на трассах распространения 223
- •12. Критерии оценки эмс 261
- •13. Организационные методы обеспечения эмс 289
- •Список использованных сокращений
- •Введение
- •1. Проблема эмс и причины ее появления
- •Основные понятия и определения
- •Причины появления проблемы эмс
- •Последствия отсутствия эмс и особенности изучения проблемы эмс рэс
- •2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (эмп)
- •Классификация эмп по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
- •2.1.1. Естественные эмп.
- •Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов к электростатическому разряду
- •2.1.2. Искусственные эмп
- •Рецепторы эмп. Внутрисистемная и межсистемная эмс
- •Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях
- •3. Измерение параметров эмс технических средств
- •Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
- •Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
- •4. Технические методы подавления и защиты от помех
- •Экранирование
- •Фильтрация
- •Заземление
- •5. Радиочастотный спектр и его использование
- •Радиочастотный спектр и диапазоны частот
- •Диапазоны частот электромагнитных колебаний
- •Основные понятия, связанные с использованием рчс
- •Регулирование использования рчс в Российской Федерации
- •Стандартизация и международная кооперация в области эмс
- •6. Общий подход к анализу и обеспечению эмс
- •Требования к методам анализа эмс
- •Анализ параметров эмс систем на стадии разработки
- •Анализ внутрисистемной и межсистемной эмс рэс
- •Основные направления по решению проблемы эмс
- •7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах эмс
- •Виды излучений радиопередатчиков
- •Основное и внеполосное сигнальное излучения
- •7.2.1. Класс излучения
- •7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений
- •Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика и необходимой ширины полосы частот
- •Точки излома спектральной маски для рис. 7.2
- •Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3
- •Параметры модели (7.1)
- •Побочные излучения радиопередатчиков
- •Параметры модели (7.9)
- •Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
- •Шумовые излучения передатчика
- •Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
- •8. Описание радиоприемных устройств в задачах эмс
- •Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением
- •Основной канал приема радиоприемника и его описание
- •Побочные каналы приема и их описание
- •Параметры модели (8.9)
- •Оценка коэффициента частотной коррекции
- •Результаты расчета относительной расстройки частоты Δp
- •9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре и их оценка в задачах эмс
- •Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
- •Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема
- •Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения
- •Перенос шумов гетеродина
- •9.4.1. Фазовый шум генератора
- •9.4.2.Перенос шумов гетеродина
- •Интермодуляция
- •9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
- •9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции
- •9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках
- •9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе
- •9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
- •9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности
- •9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения
- •Перекрестные искажения
- •Оценка нелинейных явлений в задачах эмс рэс
- •9.7.1. Оценка эффекта блокирования рпу
- •Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
- •Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
- •9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках
- •Параметры эмпирической модели (9.66)
- •9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках
- •Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
- •Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
- •9.7.4. Оценка перекрестных искажений
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс
- •Некоторые общие сведения о характеристиках антенн
- •Особенности описания антенных устройств в задачах эмс
- •Детерминированное описание диаграмм направленности антенн
- •10.3.1. Дна в области рабочих частот.
- •10.3.2. Дна на нерабочих частотах
- •Параметры диаграмм направленности за пределами диапазона рабочих частот антенн.
- •Статистическое описание диаграмм направленности антенн
- •Параметры функции f(g) для области бокового усиления
- •Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
- •Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
- •Ослабление мешающих сигналов при несовпадении поляризации с приемной антенной
- •Ближняя зона
- •11. Оценка потерь на трассах распространения
- •Общие положения
- •Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
- •Графические модели
- •Аналитические модели
- •Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модели cost 231 Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
- •Среднеквадратическое отклонение (ско) потерь на трассах распространения
- •Оценка потерь на дифракцию
- •11.5.1. Зоны Френеля.
- •11.5.2. Дифракция на клине
- •11.5.3. Дифракция на цилиндре
- •12. Критерии оценки эмс
- •Рабочие характеристики и оценка качества работы рэс
- •12.2. Виды рабочих характеристик рэс различного назначения
- •12.3. Критерии эмс
- •Защитные отношения для систем тв (625 строк), работающих в соседнем канале
- •Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения тв
- •Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения тв, дБ
- •Защитные отношения по совмещенному каналу для некоторых современных систем связи, дБ
- •Защитные отношения для некоторых современных систем связи в зависимости от расстройки помехи, дБ
- •12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи
- •13. Организационные методы обеспечения эмс
- •13.1. Частотно-территориальное планирование
- •13.2. Управление параметрами радиосигналов
- •13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения эмс
- •Заключение
- •Список литературы
- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5
Перенос шумов гетеродина
9.4.1. Фазовый шум генератора
Фазовый шум является мерой кратковременной стабильности генератора в частотной области. На сигнал генератора гармонических колебаний влияют шумы различного происхождения. Сюда входят, прежде всего, тепловой шум, дробовый шум и фликкер-шум.
Тепловой шум имеет место в резисторах. Наблюдается также в транзисторах и зависит от напряжения смещения на электродах транзистора. Имеет постоянную спектральную плотность мощности вплоть до нескольких сотен гигагерц и гауссовскую плотность распределения мгновенных значений.
Дробовый шум связан с постоянным током, протекающим через p-n переходы полупроводников. Известно, что сила тока определяется величиной заряда, проходящего через сечение проводящего элемента в секунду. Переносимый заряд является квантованным, ограниченным мельчайшей единицей заряда (е = 1.610–19 Кл), а число частиц, несущих этот заряд через выбранное сечение, является величиной случайной. Это приводит к тому, что наблюдаются случайные отклонения мгновенных значений тока от его среднего значения, которые и являются шумовой составляющей тока. Шумовой ток, протекая через сопротивление нагрузки, вызывает изменения мощности, которые составляют дробовый шум. Спектральная плотность мощности дробового шума плоская до нескольких гигагерц, а плотность распределения мгновенных значений гауссовская.
Тепловой и дробовый шум являются главными вкладчиками в шум генератора при больших отстройках по частоте.
Фликкер-шум (шум мерцания) связан с постоянным током. Присутствует во всех активных и некоторых пассивных приборах. Имеет спектральную плотность мощности, которая изменяется обратно пропорционально значению частоты. Является главным вкладчиком в шум генератора при малых отстройках.
Выходное напряжение реального генератора отличается от желаемой идеальной синусоиды. Шумы перечисленных источников влияют на амплитуду и текущую фазу сигнала генератора, поэтому реальный генератор имеет как амплитудную шумовую модуляцию n(t), так и фазовую шумовую модуляцию (t), и его сигнал можно записать в виде
uг(t) = [1 + n(t)] cos [гt + n(t)], (9.17)
где n(t) и n(t) – случайные процессы. Большинство генераторов, в том числе гетеродины приемников, работают в режиме насыщения. При этом амплитудная составляющая шума обычно на 20 дБ ниже, чем составляющая фазового шума и во многих случаях ею можно пренебречь. По этой причине шум генератора называют фазовым шумом.
Во временной области фазовый шум проявляется в виде дрожания синусоидального колебания. В результате изменяется точка пересечения нуля, как показано на рис. 9.7. Для генераторов с высокой стабильностью частоты фазовый шум во временной области обычно не заметен. В частотной области фазовый шум появляется в виде боковых полос около частоты несущей. В общем случае в боковых полосах присутствуют дискретные составляющие, так называемые ложные сигналы, или «шпоры» (рис. 9.8).
Появление дискретных составляющих в спектре гетеродина приемника вызвано источниками, находящимися в самом приемнике и вызывающими дополнительную фазовую модуляцию частоты гетеродина. В этом случае в выражении (9.17) мгновенная фаза сигнала генератора будет содержать дополнительные детерминированные функции времени, порождающие эти составляющие. Если, например, гетеродин построен на основе синтезатора частоты, то опорные частоты, используемые в синтезаторе, могут присутствовать в спектре сигнала. На появление ложных сигналов могут влиять другие генераторы РПУ, цифровые делители, импульсные источники питания и т. п. Детерминированные составляющие спектра сигнала генератора не относят к фазовому шуму. Их уровень указывают отдельно в децибелах относительно уровня несущей. К фазовому шуму относится только шум, порожденный случайным процессом n(t).
Фазовый шум обычно рассматривают в одной боковой полосе. Однополосный фазовый шум описывают относительной спектральной плотностью мощности шума, под которой понимают отношение мощности шума в полосе 1 Гц при отстройке f от несущей к мощности на несущей частоте. Спектральную плотность мощности выражают в децибелах относительно мощности несущей на герц, дБ/Гц (в международных документах dBc/Hz). Спектральная плотность является непрерывной функцией отстройки по частоте. Спектральную плотность однополосного фазового шума часто представляют на графике с логарифмическими шкалами по осям координат. Пример такого представления изображен на рис. 9.9.
Вспецификациях на генераторы и на радиоприемные устройства обычно указывают одно или несколько значений спектральной плотности шума при одной или нескольких значениях отстроек, соответственно.
Использование анализатора спектра – наиболее общий метод измерения фазового шума. Метод хорошо работает для малых отстроек, где уровни шума генератора много больше, чем собственный шум измерительного прибора. Для больших частотных отстроек, когда уровень собственного шума измерительного прибора приближается к уровню измеряемого фазового шума, используют методы, позволяющие учитывать вклад шума анализатора спектра в результаты измерений, фильтрацию несущей генератора и селективное усиление шума на частоте отстройки, представляющей интерес, фазовое детектирование, дискриминаторы на линиях задержки и др. [6], [7].
Фазовый шум играет важную роль не только в радиоприемных, но и в радиопередающих устройствах. Внеполосный фазовый шум генератора радиопередатчика усиливается последующими каскадами и выходным усилителем мощности и достигает уровней, которые могут эффективно подавлять работу радиоприемных устройств, работающих поблизости.
В радиоприемных устройствах фазовый шум гетеродина ограничивает максимальное отношение сигнал/шум, которое может быть достигнуто в приемнике частотно-модулированных сигналов, увеличивает вероятность ошибочного приема бита информации в цифровых системах передачи информации с фазовой манипуляцией [8]. Если сильные сигналы находятся вблизи частоты настройки приемника, то они могут вызывать блокирование смесителя РПУ, выражающееся в переносе шумов гетеродина в полосу пропускания приемника и увеличении его собственного шума. Это ограничивает способность приемника принимать слабые сигналы.