- •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
9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
Точка пересечения является удобным параметром для оценки уровней интермодуляционных продуктов, возникающих в радиотехнических устройствах. Недостаток точки пересечения состоит в невозможности ее прямого измерения, поскольку она лежит выше точки компрессии 1 дБ, где нарушается условие, при котором было получено выражение (9.22). При значениях входных сигналов, соответствующих значению IPNi, имеет место перегрузка электронного прибора, и изменение уровня сигнала на основной частоте и уровня интермодуляционного продукта больше не подчиняются уравнениям (9.24) и (9.25). Это обстоятельство отображают пунктирные кривые на рис. 9.16. Таким образом, точка пересечения является гипотетической точкой, которая в реальности не существует. Однако значение точки пересечения можно рассчитать по результатам измерений уровня интермодуляционного продукта и уровней сигналов на частотах, образующих этот ИМП, не доводя их до области, где имеет место компрессия сигналов.
Измерения выполняют двухсигнальным методом. Обычно измеряют точку пересечения третьего порядка. Однако в спецификациях радиоприемных устройств можно также встретить значение точки пересечения второго порядка, а для усилителей мощности значение точки пересечения пятого порядка.
Рассмотрим ситуацию общего случая, когда измеряется точка пересечения нечетного порядка N = 2n 1 (n 2) для наиболее опасных частот интермодуляции вида fим = | nf1 (n 1)f2 |. Схема измерений представлена на рис. 9.17, a, где обозначены: Г1, Г2 – генераторы сигналов; – сумматор. Если испытуемым прибором является усилительный каскад, то измерение точек пересечения производится при отсутствии избирательности на выходе каскада. При измерениях на вход прибора на частотах f1 и f2 подают два гармонических сигнала одинакового уровня. На выход испытуемого прибора подключают анализатор спектра. При отсутствии избирательности на выходе прибора можно наблюдать картину, представленную на рис. 9.17, б, где Po – уровень мощности сигналов на выходе прибора на основных частотах, PIMNo – уровень мощности продукта интермодуляции на выходе прибора, = PoPIMNo, дБ. Точка пересечения порядка N, приведенная к выходу, определяется выражением
=. (9.27)
Действительно, увеличение уровней каждого из сигналов на частотах f1 и f2 на входе испытуемого прибора на /(N 1) приводит к росту уровней этих сигналов на выходе прибора на такую же величину, т. е новые значения их уровней становятся равными
(9.28)
В тоже время уровень ИМП на выходе возрастает на N/(N 1) и становится равным
Сравнивая (9.28) и (9.29), видим, что уровни на основных частотах и уровень продукта интермодуляции N-го порядка на выходе прибора совпадают, а значит соответствует точке пересеченияN-го порядка, приведенной к выходу, которая представлена выражением (9.27). Если нужно иметь информацию о точке пересечения , приведенной к входу, то ее можно вычислить, используя (9.26), или
,
где Pi – мощности сигналов, образующих интермодуляционный продукт порядка N, на входе испытуемого прибора.
Точку пересечения следует вычислять в области, где имеет место линейное (в децибелах) изменение уровня ИМП со скоростью определяемой порядком интермодуляции, а ошибки системы измерения минимальные. На практике хорошо рассчитывать точку пересечения 3-го порядка при уровнях ИМП на 40…60 дБ ниже уровня на основных частотах [4], [11].
Для усилителей, работающих в режиме класса А, измерение и расчет точки пересечения третьего порядка обычно трудностей не представляет. Однако в оконечных усилителях мощности (УМ) радиопередатчиков этот режим обычно не используется, поскольку в этом режиме УМ имеет низкий кпд. В частности, оконечные УМ базовых станций GSM обычно работают в режиме класса АВ. Измерение точек пересечения таких усилителей представляет определенные трудности, поскольку большинство усилителей класса АВ имеют узкие области, где продукты интермодуляции ведут себя достаточно хорошо, т. е. их уровень изменяется с наклоном, соответствующим порядку интермодуляции. При определении точки пересечения IP3 для таких усилителей следует проявлять определенную осторожность. Из сказанного раннее следует, что кривые для основных частот и интермодуляционного продукта 3-го порядка до точки, близкой к точке компрессии 1 дБ, приближенно являются отрезками прямых с наклоном +1 и +3 соответственно. Реальные кривые для УМ класса АВ могут быть более или менее близки к этим прямым линиям на отдельном интервале изменения мощности. Чтобы определить IP3 таких УМ, рекомендуется измерять мощность одной несущей Po = Po1 и мощность ИМП 3-го порядка PIM3o = Po3 (рис. 9.18) в нескольких точках, т. е. при нескольких уровнях мощности на входе, и по полученным результатам строить прямую, которая имеет наименьшее среднеквадратическое отклонение от результатов измерений [12]. Вычисление IP3, основанное только на одном измерении мощностей Po1 и Po3 при данной мощности на входе, может привести к значительным ошибкам по сравнению с прямыми наилучшего приближения.
На практике можно наблюдать изменение уровня интермодуляционного продукта при изменении частотного разноса между тональными испытательными сигналами, с помощью которых измеряется точка пересечения. Это может быть связано с частотной зависимостью значений коэффициентов полинома, описывающего передаточную функцию мгновенных значений УМ, которая может проявляться при больших частотных расстройках испытательных сигналов. Кроме того, на уровень измеряемого ИМП могут, при недостаточной фильтрации по низкой частоте, влиять низкочастотные интермодуляционные продукты, обычно четных порядков, вызывающие изменение положения рабочей точки УМ [12].
При наличии избирательности на выходе прибора, как, например, при измерении точки пересечения РПУ, частоты f1 и f2 выбирают таким образом, чтобы образующаяся интермодуляционная частота (одна из двух) совпала с частотой настройки приемника. АРУ приемника отключают. Анализатор спектра подключают к выходу линейного тракта РПУ. Чтобы правильно рассчитать , после измерения уровня ИМП на выходе приемник последовательно настраивают на частоты f1 и f2 и измеряют Po. Измеренные значения мощности не должны различаться более, чем на 1 дБ. Зная уровень сигналов на входе и выходе линейного тракта приемника и уровень интермодуляционного продукта, можно рассчитать точки пересечения IPNo и IPNi.
Как отмечалось выше, в спецификациях на радиоприемник обычно указывают двухсигнальную точку пересечения третьего порядка и иногда второго. Наличие избирательности в РПУ приводит к тому, что значение точки пересечения зависит от того, как расставлены частоты испытательных сигналов по отношению к частоте настройки приемника (рис. 9.19). Если частоты находятся за пределами полосы пропускания преселектора, то точка пересечения будет больше, чем в том случае, когда частоты находятся в полосе преселектора, но размещаются за пределами полосы пропускания первого УПЧ. Однако интермодуляционные искажения не ограничены преселектором приемника. Если частотный разнос между сильными входными сигналами мал по сравнению с шириной полосы первого УПЧ, то возможно образование интермодуляционных продуктов в тракте первого УПЧ, и точка пересечения, соответствующая такому размещению испытательных сигналов, будет меньше. Наименьшее значение точки пересечения будет соответствовать размещению частот испытательных сигналов в полосе последнего УПЧ.
Учитывая сказанное, в спецификациях приемника указывают на каких частотах или при каких расстройках между испытательными сигналами определяется точка пересечения. Наиболее часто точку пересечения РПУ указывают для испытательных сигналов, частоты которых находятся в полосе первого, но за полосой конечного УПЧ. Однако можно встретить спецификации, в которых частоты испытательных сигналов лежат вне полосы первого УПЧ, но находятся в полосе преселектора РПУ.
Если известны точки пересечения отдельных электронных приборов, то можно оценить значение точки пересечения системы, представляющей каскадное соединение этих приборов. Основное допущение, которое используется при такой оценке, состоит в том, что продукты интермодуляции, возникающие в каждом каскаде от пары основных частот, поступающих на вход системы, складываются синфазно. Это соответствует ситуации «наихудшего» случая. Реальная точка пересечения будет больше или равна полученному значению. Для каскадного соединения усилителей и других электронных приборов значение точки пересечения, приведенной к входу, дает выражение [13]:
, (9.30)
где N – порядок интермодуляции; IPNi sys – точка пересечения N-го порядка, приведенная к входу системы, мВт; IPNik – точка пересечения N-го порядка k-го каскада, приведенная к входу каскада, мВт; q = (N1)/2 ;Gk – коэффициент усиления k-го каскада по мощности, в разах; k = 1, 2, 3,…. – порядковый номер каскада, начиная от входа системы.
Другая общая формула для каскадного соединения, представляющая точку пересечения, приведенную к выходу, имеет вид [14]:
, (9.31)
где IPNo sys – точка пересечения N-го порядка, приведенная к выходу системы, мВт; IPNok – точка пересечения N-го порядка k-го каскада, приведенная к выходу каскада, мВт; K – число каскадов; Gok – общее усиление по мощности (в разах) каскадов, следующих за k-ым каскадом.
Остальные обозначения, как в (9.30).
Формулу (9.31) можно переписать в виде
(9.32)
где Gk – коэффициент усиления k-го каскада по мощности (в разах).