9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках

Рекомендация МСЭ-Р SM.1146 [22] выделяет пять типов интермодуляции, которые могут возникать в радиопередатчиках.

Тип 1. Интермодуляция в одиночном передатчике. Интермодуляционные продукты в одиночном передатчике могут возникать как в полосе передаваемого сигнала, так и за ее пределами. Причиной, порождающей ИМП в передатчике, является, в первую очередь, нелинейность выходного усилителя мощности (УМ). ИМП порождаются как аналоговыми сигналами, такими как речь, которая обычно содержит несколько частотных компонентов, изменяющихся во времени, или музыка, частотные компоненты которой определяются музыкальными инструментами, так и цифровыми сигналами, спектральные составляющие которых, определяемые преобразованием Фурье, смешиваются на нелинейном элементе. Наибольший вклад в интермодуляционные искажения сигналов одиночного передатчика вносят двух- и трехчастотные ИМП третьего порядка. Интермодуляционные продукты в полосе сигнала искажают передаваемый спектр. ИМП, попадающие в соседние каналы, приводят к образованию у спектров сигналов, особенно у спектров широкополосных цифровых сигналов, так называемых «плечиков», которые, как и внеполосные излучения передатчика, непосредственно примыкают к полосе полезного сигнала и увеличивают уровень помех для радиоприемных устройств, работающих в соседнем канале.

Тип 2. Многоканальная интермодуляция. Этот тип интермодуляции возникает в передатчиках, использующих одну антенну для одновременной передачи некоторого множества сигналов. Суммирование передаваемых сигналов происходит в выходном УМ РПД (рис. 9.15, в). Сигналы, поступающие на вход УМ РПД, могут иметь разную модуляцию, занимать разную ширину полосы частот, и иметь разное разнесение по частоте в пределах полосы, излучаемой передатчиком.

Тип 3. Интермодуляция между передатчиками. Этот тип интермодуляции может возникать между передатчиками, антенны которых размещаются на небольших расстояниях (рис. 9.15, а), или когда два и более передатчиков работают на одну антенну, используя комбайнер (рис. 9.15, б).

При размещении антенн передатчиков на небольших расстояниях (рис. 9.15, а), часть мощности передатчика T_i проникает через антенну передатчика T_v и его выходной фильтр Ф_v на выход усилителя мощности (УМ) передатчика T_v. В результате взаимодействия на выходе УМ полезного сигнала передатчикаT_v на частоте f_v и сигнала мешающего передатчика T_i на частоте f_i образуются новые сигналы на частотах f_им = | nf_v  mf_i|, которые поступают в антенну передатчика T_v и излучаются в пространство. Попадая в полосы пропускания радиоприемных устройств, работающих на частотах f_им или близких к ним, эти излучения могут создавать помехи, снижающие качество приема полезных сигналов этих приемников. Аналогичная ситуация возникает и в передатчике T_i, когда на выход его УМ попадают сигналы передатчика T_v.

Ситуация, связанная с появлением интермодуляционных излучений в передатчиках, работающих на одну антенну с использованием комбайнера, практически полностью повторяет описанную выше. Комбайнер, который является одновременно сумматором сигналов передатчиков и устройством уменьшения связи между выходами передатчиков, не обеспечивает бесконечной развязки выходов УМ. В результате часть мощности с выхода одного УМ проникает на выход другого УМ и имеет место картина, подобная описанной для передатчиков, работающих на разные антенны.

Особенно опасно взаимодействие передатчиков, выходные каскады которых построены на твердотельных элементах, что характерно для передатчиков современных подвижных средств связи. Уровень мощности на выходе УМ передатчиков примерно соответствует точке компрессии 1 дБ, приведенной к выходу. Точка компрессии 1 дБ по выходу УМ дает представление о нелинейности УМ при номинальной мощности на выходе, однако она не полностью характеризует нелинейные свойства УМ. Усилители мощности с одинаковыми P_{1 дБ, out} могут создавать разные уровни интермодуляционных продуктов при одинаковых условиях в зависимости от технологии изготовления кристалла УМ. Так УМ, изготовленный на основе LDMOS - технологии, имеет гладкую кривую насыщения, а УМ, построенные на биполярных приборах, имеют резкое насыщение. В результате при одинаковых условиях, включающих одинаковое значение P_{1 дБ, out}, уровень ИМП для УМ на основе LDMOS-технологии будет ниже, чем для биполярных приборов [12].

Тип 4. Интермодуляция в активных антеннах. В состав активных антенн входят усилительные устройства. В тех случаях, когда активная антенна представляет собой решетку из активных элементов и используется в многочастотном режиме, нелинейности усилителей, входящих в состав ее элементов и множество сигналов, которые поступают на элементы антенн непосредственно, а также в результате связей, существующих между излучающими элементами антенны, порождают побочные излучения в форме интермодуляционных сигналов.

Тип 5. Интермодуляция в пассивных цепях. Источниками ИМП в передатчиках могут выступать такие пассивные элементы, как волноводы, кабели, разъемы. Обычно эти элементы рассматриваются как линейные. Однако при старении или нарушении контакта их характеристики меняются. В результате таких изменений рабочая характеристика элементов может проявлять некоторую нелинейность. Когда в такие цепи поступает одновременно несколько сигналов передатчиков (например, при работе нескольких передатчиков на одну антенну), могут возникать ИМП. Особую опасность ИМП этого типа представляют для приемо-передатчиков, которые используют для приема и передачи одну антенну, а развязка выхода передатчиков и входа приемников осуществляется специальным устройством развязки, дуплексером.

Для оценки уровней ИМП, возникающих на выходах УМ, используются разные математические модели, в том числе модели, основанные на использовании точек пересечения.